镍基高温合金用钎料研究进展

阐述了镍基高温合金在航空发动机中的重要作用,介绍了镍基高温合金钎焊用银基钎料、铜钎料、金基钎料和镍基钎料,列举了钎料中常用的合金添加元素及其对钎料性能的影响,归纳了4种钎料在镍基高温合金钎焊中的研究现状,并进行了总结与展望。     

TiAl合金与镍基高温合金钎焊连接研究现状

Ni基高温合金以其优异的性能，如较高的强度、良好的抗氧化及抗腐蚀能力等，在飞行器领域得到了广泛应用。TiAl系高温合金因其熔点高、比强度高、密度低、抗蠕变性能好等优点，被认为是制造航天器和飞机发动机最有前途的工程材料之一。采用TiAl合金与Ni基高温合金钎焊构件取代部分Ni基高温合金，能更好地满足飞行器高速化、轻量化的发展要求。综述了TiAl合金与镍基高温合金的钎焊技术研究现状，通过对现有TiAl合金与镍基高温合金焊接性研究的分析，介绍了包括Ti基钎料、Ni基钎料等钎焊材料的选取，阐述不同钎焊材料与钎焊工艺接头界面物相形成机理，指出TiAl合金与镍基高温合金钎焊技术研究与发展过程中存在的不足，并展望了TiAl合金与镍基高温合金钎焊技术未来发展方向，为TiAl合金与镍基高温合金钎焊连接的相关研究和工程应用提供理论依据和技术支撑。     

IC10与GH3039高温合金的真空钎焊

采用Co50NiCrWB钴基钎料及Rene’95高温合金粉末对IC10与GH3039高温合金进行了真空钎焊及大间隙钎焊。试验结果表明,采用Co50NiCrWB钎料及Rene’95高温合金粉末在1180℃／30min规范下钎焊IC10与GH3039高温合金,可获得致密完整的IC10／GH3039钎焊接头及大间隙钎焊接头,接头在900℃下的拉伸性能和持久性能均超过GH3039母材水平,拉伸和持久试验时,断裂都发生在GH3039母材中。     

GH4169的钎焊性改进研究

针对Ni基高温合金GH4169的钎焊性较差的问题,通过试验验证表面镀镍处理能提高BNi82CrSiB钎料对GH4169的润湿性,并能改善钎焊接头的强度和填充率,从而提高GH4169的钎焊性,改进钎焊质量。     

GH4738/GH3536异种高温合金钎焊接头的组织与性能

采用BNi-2镍基钎料对GH4738和GH3536异种高温合金在1 040℃×10 min条件下进行真空钎焊,通过扫描电子显微镜和能谱仪分析了钎焊接头的微观组织及物相组成,并测试了钎焊接头的高温强度。结果表明,钎缝与母材界面结合良好,且钎缝组织致密。在钎焊接头观察到3个特征组织区域,分别为元素扩散区、等温凝固区和非等温凝固区。等温凝固区由镍基固溶体组成,而非等温凝固区除了镍基固溶体外,还存在大量的Ni3Si相及少量的富含Cr,Mo的硼化物。在730℃高温条件下,钎焊接头抗拉强度为259 MPa。在拉伸过程中,钎焊接头沿非等温凝固区开裂,而Ni3Si及硼化物等脆性相内部形成的微裂纹促进了钎焊接头的断裂。     

镍基钎料加压钎焊等轴高温合金DZ22接头的组织与性能

采用镍基非晶态箔带BNi82CrSiB,在加压规范下对等轴高温合金DZ22进行了钎焊试验,结果表明此规范能实现等轴高温合金DZ22的连接,钎焊接头的室温和900 ℃的抗拉强度分别为853 MPa和658 MPa,两者均达到母材等轴高温合金DZ22性能指标的70%.     

BNi68CrWB钎焊K24/GH648异种高温合金的界面形成机理

采用BNi68CrWB钎料粉末对K24和GH648异种高温合金进行钎焊连接,分析了接头典型界面组织,提出了钎焊过程反应机理.结果表明,接头由共晶区、等温凝固区和扩散区组成.共晶区由WB,CrB和镍基固溶体组成,等温凝固区为镍基固溶体,GH648侧扩散区由WB,W_xB_y,Cr_xB_y,以及沿晶界析出的镍基固溶体和少量的Cr₂Ni₃相组成,K24侧扩散区与母材差异不明显.钎焊过程由元素富集、母材溶解、等温凝固和共晶凝固四个阶段组成.其中等温凝固阶段是钎焊过程中最关键的阶段,等温凝固不完全时,钎缝中央存在共晶组织,影响接头性能.钎焊温度1 150℃,保温120 min时,等温凝固完全,接头组织均匀,力学性能最优,室温拉剪强度可达323 MPa.     

Ni－Cr－Co－B高温镍基钎料的研究

本文提出一种不含Ｓｉ的镍基Ｎｉ－Ｃｒ－Ｃｏ－Ｂ高温钎料．对一系列Ｎｉ－Ｃｒ－Ｃｏ－Ｂ钎料的熔化特性、钎焊工艺性能、钎料组织以及钎焊接头的室温和高温强度、接头韧性进行了研究，并与标准镍基钎料ＢＮｉ－１ａ和ＢＮｉ－５进行了比较研究结果表明，Ｎｉ－Ｃｒ－Ｃｏ－Ｂ钎料钎焊的高温合金接头的高温性能和韧性均超过标准镍基钎料．     

表面镀镍对Ag基钎料钎焊YG6X与GH4169的影响

针对AgCuNiMn系钎料在GH4169合金表面的流动性能较弱的问题,在YG6X/AgCuNiMn/GH4169钎焊体系中,通过对比钎料在有无镍镀层的GH4169表面的润湿形貌及最终润湿角的大小,分析了GH4169表面镀镍对钎料在GH4169表面润湿性能的影响;并借助SEM对有镍镀层钎缝组织进行分析,结合接头拉伸性能试验揭示了镀镍层对接头微观组织与力学性能的影响。研究结果表明,在GH4169表面镀镍能显著提高钎料在合金表面的润湿铺展性能,镀镍后AgCuNiMn钎料在合金表面润湿角最小可达4°;在钎料与高温合金界面处存在约20μm的镍层反应区,该反应区在提高钎料润湿性能的同时一定程度上阻碍了高温合金母材中Fe、Cr与Nb等元素向钎缝区域扩散,从而降低了接头的拉伸强度,平均抗拉强度为631.6 MPa。     

两种钎料大间隙钎焊K465合金接头组织及性能

采用预填镍基合金粉的方法,分别采用一种钴基钎料和一种镍基钎料对K465镍基铸造高温合金进行了大间隙钎焊试验。结果表明,这两种钎料均能实现K465合金的大间隙钎焊。钴基钎料钎焊接头微观组织主要包括镍基合金粉颗粒、粉颗粒间Ni-Co基固溶体以及固溶体上分布着的灰色块状相M23(C,B)6和白色块状相M3B2。镍基钎料钎焊接头微观组织包括镍基合金粉颗粒、粉颗粒间Ni-Cr基固溶体以及分布在颗粒上和颗粒间的白色物相M3B2。钴基钎料钎焊接头900℃平均抗拉强度520 MPa,高于镍基钎料钎焊接头的488 MPa,两者均超过了母材强度的50%。     

K465镍基高温合金电子束钎焊润湿性及界面产物

采用两种钎料对镍基高温合金进行了真空电子束钎焊润湿性试验,探讨了真空电子束钎焊主要工艺参数对钎料铺展润湿性的影响,指出电子束钎焊时束流是钎料润湿铺展的最大影响因素,并给出了钎料润湿性评定及选取.在确定优选钎料的基础上,进行了电子束钎焊搭接连接,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)等方法研究了界面结构,确定了界面反应产物及其形态分布.结果表明,在界面反应层中生成五种产物:大量的镍基γ固溶体和(γ' γ)共晶相,大量的富含W元素的Ni3B和CrB相,以及少量的NbC相;化合物相以细小的块状弥散分布在镍基固溶体中.     

不同钎料钎焊K465高温合金接头的组织和性能

分别采用一种镍基活性钎料和Co45NiCrWB钴基钎料,在1 220℃下对镍基铸造高温合金K465进行了钎焊试验.结果表明,这两种钎料均可实现K465合金的钎焊.镍基活性钎料钎焊接头室温拉伸强度为862 Mpa,975℃持久强度基本达到母材性能指标的40%;Co45NiCrWB钎料钎焊接头室温拉伸强度为714 Mpa,975℃持久强度超过母材性能指标的40%,并可达到母材性能指标的50%.     

γ-TiAl合金自身及其与高温合金的钎焊技术研究进展与趋势

γ-Ti Al合金是航空航天领域极具应用前景的轻质高强、耐高温结构材料,实现γ-Ti Al合金自身及其与高温合金的高质量钎焊连接,对于促进其工程化应用具有重要意义。分别从钎料的润湿性以及钎料种类(Ti基、Ag基、Al基)、工艺参数对接头组织性能的影响等方面,综述了国内外的研究进展。存在的主要问题是缺少γ-Ti Al合金专用的高温钎料、界面反应的控制机制以及接头综合性能的评价标准等。今后针对γ-Ti Al合金的钎焊连接,应包括以下5个重点研究方向:高温钎料成分设计;接头组织和性能的推演、预测方法;连接界面冶金行为的深入研究;连接界面组织调控机制;接头综合性能的考核与评价标准。     

Fe3Al合金与A304钢的炉中钎焊试验

采用Cu基、Ag基、Ni基钎料进行Fe3Al合金的炉中钎焊试验,并对钎焊接头进行了外观检查、金相显微组织观察及硬度检测。结果表明：炉中钎焊Fe3Al合金与A304钢是可行的,其中BAg50CuZn银基钎料和QNi-3镍基钎料能获得较好的钎焊效果;在BASSOCuZn和QNi-3钎料的接头区发生了钎料组元与母材的深度扩散反应,呈现良好的冶金结合效果;QNi-3钎抖的接头区具有较高的硬度,表明其具有较高的强度和较好的高温性能,能较好地发挥Fe3Al合金的使用性能。     

Fe3Al合金与A3O4钢的炉中钎焊试验

采用Cu基、Ag基、Ni基钎料进行Fe3Al合金的炉中钎焊试验,并对钎焊接头进行了外观检查、金相显微组织观察及硬度检测.结果表明:炉中钎焊Fe3Al合金与A3O4钢是可行的,其中BAg50CuZn银基钎料和QNi-3镍基钎料能获得较好的钎焊效果;在BAg50CuZn和QNi-3钎料的接头区发生了钎料组元与母材的深度扩散反应,呈现良好的冶金结合效果;QNi-3钎料的接头区具有较高的硬度,表明其具有较高的强度和较好的高温性能,能较好地发挥Fe3Al合金的使用性能.     

镍基三号高温钎焊合金(QNi3)研制

上海钢研所研制的镍基三号高温钎焊合金(QNi3)具有优良的钎焊工艺性能,能耐高温、低温和耐多种介质腐蚀,可广泛用于各类不锈钢,耐热钢和高温合金的钎焊。在研制中最先提出真空熔炼—高压水雾化制粉工艺,在国内最早制得性能优良的镍基钎料细粉(100目～300目),亦较早利用急冷技术制得     

高温钎料焊膏研究进展

针对高温钎料使用便利性的需求,综述了高温钎料焊膏的相关研究现状。介绍了焊膏各组分在焊膏制备和钎焊中的作用,阐述了镍基、铜基、银基、钛基和金基五种常用高温钎料及其焊膏的应用与发展趋势,为高性能高温钎料焊膏的开发提供了参考。     

锆铜与镍基合金扩散钎焊界面微观组织及力学性能

在不锈钢与铜合金的扩散连接工艺研究的基础上,研究了锆铜与镍基高温合金材料的扩散钎焊连接行为,主要研究了焊接接头的微观形貌以及力学性能。结果表明,锆铜和镍基高温合金在焊接温度为880~900℃、焊接时间达到90~120min时,扩散钎焊接头界面结合良好,组织均匀致密,焊接接头的各项力学性能较好,可以实现冶金结合。     

K452合金钎焊接头组织与性能

采用钴基钎料及镍基合金粉料,在1 170℃保温60 min的钎焊工艺下,对K452镍基铸造高温合金进行了45°坡口对接试样真空钎焊实验,通过扫描电镜和能谱分析仪分析了接头显微组织观察与物相,并进行了钎焊接头的高温性能测试。实验结果表明,钎焊接头界面结合良好,钎缝组织主要以固溶体为主,钎料组织填充于镍基合金粉颗粒间并存在小块状白色化合物,细小颗粒状化合物弥散分布于合金粉填料颗粒内部;钎焊接头900℃抗拉强度达到400 MPa,900℃/100 MPa持久寿命为133 h37 min。     

高压涡轮导向叶片组件真空钎焊

根据某航空发动机高压涡轮导向叶片组件的材料及使用条件,采用Co-Ni-Cr钎料对叶片材料DZ40M和GH605开展了钎料性能试验、钎焊接头性能试验、钎焊热循环对DZ40M合金高温性能的影响试验,并根据前期基础试验结果对高压涡轮导向叶片真空钎焊工艺进行了跟踪研究。试验结果表明,Co-Ni-Cr钎料对DZ40M合金和GH605合金具有良好的钎焊性能,钎焊接头的高温性能满足使用叶片组件使用要求,所确定的高压导向叶片组件的钎焊工艺路线能够满足组件的钎焊生产,钎焊质量稳定并且合格交付。